7.1 Pythagorean Theorem and 2D Applications

7.1 Pythagorean Theorem and 2D Applications   The Pythagorean Theorem states that IF a triangle is a right triangle, THEN the sum of the squares of th...
Author: Henry Haynes
3 downloads 0 Views 300KB Size
7.1 Pythagorean Theorem and 2D Applications   The Pythagorean Theorem states that IF a triangle is a right triangle, THEN the sum of the squares of the  lengths of the legs equals the square of the hypotenuse lengths.  That’s a complicated way to say that if the legs of  the triangle measure   and   and the hypotenuse measures  , then  .  While you may have heard this  in the past, we will now prove it. 

Proof of the Pythagorean Theorem   There are many ways to prove the Pythagorean Theorem, but take a look at the following picture.  We will  refer to this for our proof. 

a

b c

b

c

a

In this picture we have a large square whose side lengths are equal to   and an inner square whose side lengths are  .  Notice that if we find the area of  the large square and subtract the area of the triangles we get the area of the inner  square.  So let’s do that algebraically.   

a

c

c

b

The area of the larger square is: 

b

  2

a

 and since there are four of them, the total area of the triangles is 2

 

The area of each triangle is 

 

The area of the inner square is  . 

 

This means the large square minus the triangles would look like this:  2

  Notice that the  2  and the  2 .  which is that   

 

2



 

 cancel each other out (become zero), so we do get the result we expect 

Do a search online to see if you can find another proof for this vital theorem.  One more time, the IF‐THEN statement for the Pythagorean Theorem is:  IF it’s a right triangle, THEN 

 

 must be true, we can now solve for any  Since we know that in a right triangle the statement  missing side length given the other two side lengths.  The process of solving for a missing leg (  or  ) is only slightly  different from solving for a missing hypotenuse ( ).   

292   



 

Solving for a Missing Leg   Let’s first solve for a missing leg.  First note that it makes no difference which leg we label as   and which  leg we label as  .  This is because the commutative property says that we can add in any order.  In other words,   or   doesn’t matter, it will always equal  .  So if we are missing the length of a  whether we have  leg, it might be easiest to always assume it is   that is missing. 

12 in.

13 in.

Given the fact that this is a right triangle, we can solve for the  missing  leg  length,  .    Just  substitute  everything  we  know  into  the  Pythagorean Formula.  We know that the hypotenuse length,  , is 13  inches and that the other leg length,  , is 12 inches.    12

a

13  

  Now  go  ahead  and  multiple  out  those  exponents  to  get  the  following statement:  144

169 

  Notice this is a two‐step equation where   is being squared and then increased by 144.  Applying inverse  operations, we know we should subtract 144 from both sides and then take the square root.  That looks like this:  144 144

169  144  25  √25  5 

 

We have just proved that the missing side length must be 5 inches. 

 

 

 

 

293   

Sometimes  the  missing  side  length  will  be  labeled  with  a  different  variable  just  to  throw  us  off.    Just  remember that the legs are always   and   in the Pythagorean Formula and that  , or the hypotenuse, is always  the longest side length.  For example, in the following picture which are the legs and which is the hypotenuse?    The hypotenuse is always opposite (or across from) the right angle and is  the longest side.  So the hypotenuse in this picture is 10 ft.  That means that  the  6  ft  and  the   must  be  the  two  sides.    Notice  that  the  legs  can  also  be  identified by the fact that they are the sides that make up the right angle.  Now  substitute into the Pythagorean Formula to solve for  . 

10 ft. x

6 ft.

6

10  

36

100 

 

 

 

 

 

 

 

 

              36

36 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

So we know that the missing side length is 8 ft. in this particular triangle. 

64  √

√64  8 

Solving for a Missing Hypotenuse   Let’s now solve for a missing hypotenuse.  Remember that the hypotenuse is always the longest side and  the side opposite the right angle.  Take a look at this example. 

15 ft.

8 ft.

  Note that 8 ft. and 15 ft. must the lengths of the legs since they  make up the right angle.  That means that   in this case is the missing  hypotenuse.  Plugging those values into the Pythagorean Formula yields  the following:  8

x

64

15 225

   

  Be careful at this point.  Many students mistakenly try to subtract either 64 or 225 from both sides, but that  is not accurate.  We always combine like terms before using inverse operations, and in this case we still need to  combine the 64 + 225 to get 289.  So our next steps should look like this:  289

 

√289 17

   

  This means that the missing hypotenuse length is 17 feet.  Note that the only inverse operation we needed  to apply in this case was the square root.  294   

 

 

Let’s look at one more example of solving for a missing hypotenuse.  Consider the following picture.    Note that   is the hypotenuse in this case because the sides with lengths 3  and 4 make up the right angle.  Plug these values into the Pythagorean Formula. 

3 cm.

3

y

4 9

16

 

25

4 cm.

 

√25

 

5  

 

 

So the hypotenuse has a length of 5 centimeters in this case. 

Pythagorean Theorem Word Problems   The use of the Pythagorean Theorem can applied to word problems just as easily.  For example, if we know  that it is 90 feet from home plate to first base and 90 feet from first base to second base, how far would the catcher  have to throw the baseball to get a runner out who is stealing second base?  The best tip to give for solving word  problems like this is to draw a picture.    In this case, note that the distance from second base to home plate  is the hypotenuse of the triangle.  That means that the 90 feet distances  are the legs.  We can now solve as follows.  90 8100

90

 

8100

 

16200

 

√16200 127.3  

   

For this problem, there was no exact square root.  That means that 

√16200 is irrational and it’s probably best to estimate this number.  Our  answer is approximated to the nearest one decimal place giving us about  127.3 feet.  So the catcher would have to throw just over 127 feet to get out the runner trying to steal second base.   

 

295   

Lesson 7.1 Find the missing side length of each right triangle.  Round your answers to three decimal places if necessary.        1.           2.          3.    29     20 40     4         3   9                       4.           5.          6.    73 25     55   5         10 3                       7.           8.          9.    40   28   15   30       45     8                  

296   

 

10.           26           10                  

 

 

11.  12

 

 

 

 

12.  61

13 60

 

 

13.           14.          15.    45     20   28     40   7     21                       Solve the following problems. Round your answers to the nearest whole number when necessary.        16.  You’re locked out of your house, and the only open window is on the second floor 25 feet above the ground.   There are bushes along the side of the house that force you to put the base of the ladder 7 feet away from the  base of the house.  How long of a ladder will you need to reach the window?              17.  Shae takes off from her house and runs 3 miles north and 4 miles west.  Tired, she wants to take the shortest  route back.  How much farther will she have to run if she heads straight back to her house?                297   

18.  Televisions are advertised by the length of their diagonals.  If a 42 inch television measures 18 inches high,  how wide is the television?            19.  A soccer field is 100 yards by 60 yards.  How long is the diagonal of the field?              20.  You place a 24 foot ladder 10 feet away from the house.  The top of the ladder just reaches a window on the  second floor.  How high off the ground is the window?             21.  A rectangular garden measures 5 feet wide by 12 feet long.  If a hose costs $5 per foot, how much would it  cost to place a hose through the diagonal of the garden?            22.  A rectangular dog pen is 3 meters by 4 meters.  If a chain costs $1.75 per meter, how much would it cost to  put a chain along the diagonal of the pen?            23. A rectangular park measures 8 miles long by 6 miles wide.  The park director wants to put a fence along both  sides of the trail that runs diagonally through the park.  If the fence costs $150 per mile, how much will it cost to  buy the fence?            24.  A rectangular pool has a diagonal of 17 yards and a length of 15 yards.  If the paint costs $2 per yard of  coverage, how much will it cost the owner to paint the width of both ends of the pool?              298   



Suggest Documents